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Joysticks
Pour applications industrielles et médicales
Guide des Joysticks
Table des matières
- Domaines d'utilisation des joysticks - le bon choix du type de construction
- Configuration des axes - le choix des degrés de liberté disponibles
- Configuration des axes - le choix de la bonne coulisse
- La poignée - l'interface avec l'utilisateur
- Technologies de détection - sans contact, potentiométrique ou par interrupteur ?
- Propriétés de réinitialisation et haptique - feedback et sensation de commande
- Sorties et interfaces - analogiques ou numériques ?
- Conseils et astuces :
- Adaptations du produit
Domaines d'utilisation des joysticks - le bon choix du type de construction
Pour définir le meilleur joystick pour votre application, la première chose à faire est de choisir la taille. Dans la plupart des cas, cela permet de limiter fortement la présélection des produits. Les différents types de joysticks peuvent être classés dans les catégories suivantes : Joysticks petits ("pour le pouce", de l'anglais thumb joystick), moyens ("pour les doigts", de l'anglais finger joystick), grands ("pour la main" de l'anglais hand joystick) et de table. Comme chacune de ces tailles a été développée pour des applications fondamentalement différentes, il est généralement facile de choisir le bon type de joystick.
Les joysticks "de pouce" représentent le plus petit type de construction
Une application classique est celle des télécommandes dont l'opérateur doit tenir le boîtier, ce qui ne lui laisse pas toute la main libre pour le mouvement de saisie. La commande se fait donc typiquement avec le pouce. Les joysticks petits sont également intégrés dans les panneaux de commande ou dans les grands joysticks manuels, car l'espace y est souvent limité et les dimensions des joysticks petits ne sont pas beaucoup plus grandes que celles des boutons et des commutateurs.
Les joysticks "pour les doigts" sont les plus polyvalents de la gamme pour une taille moyenne
Ils offrent à l'utilisateur une précision d'utilisation maximale grâce au fait que c'est avec les doigts ou le bout des doigts que l'on peut exercer le meilleur contrôle lors de l'utilisation du joystick. Les possibilités d'application sont très variées et c'est pourquoi la gamme de joysticks moyens est la plus large. Pour les applications de commande d'appareils médicaux, de caméras de surveillance ou d'engins de travail mobiles, ce type de construction joue particulièrement bien son rôle.
Les joysticks "de main" représentent le plus grand type de construction
De manière générale, on peut dire que la stabilité mécanique augmente en principe avec la taille. Mais l'application impose également ces exigences accrues au produit. On trouve donc des joysticks dans le domaine "Heavy Duty" pour la commande de grues, d'engins de chantier et d'autres grands véhicules et installations. Les exigences de sécurité y sont particulièrement élevées et une électronique et des capteurs redondants sont généralement nécessaires. En conséquence, les coûts d'investissement augmentent également avec la taille du joystick.
Les joysticks de table constituent un groupe particulier.
En règle générale, il s'agit de joysticks de taille moyenne intégrées dans des boîtiers de table, qui offrent généralement encore quelques boutons pour des fonctions supplémentaires dans le boîtier. Ces périphériques d'entrée couvrent les besoins assez importants pour les applications stationnaires. Il convient de mentionner en particulier le domaine de la vidéosurveillance. Ici, seules les variantes USB sont importantes de nos jours, car les informations de saisie sont généralement transmises immédiatement à un ordinateur.
Configuration des axes
Choix des degrés de liberté disponibles
Chaque modèle de joystick présente certaines restrictions quant au nombre de degrés de liberté disponibles et à leur liberté de mouvement pour la commande. Les degrés de liberté des joysticks sont appelés axes. La plupart des modèles offrent 2 axes, c'est-à-dire que le déplacement du pommeau peut se faire dans les directions X et Y (avant-arrière, gauche-droite). De plus, sur certains modèles, le pommeau peut également être tourné. C'est ce que l'on appelle l'axe z et qui permet, dans les modèles simples, d'introduire un total de 3 degrés de liberté. La plupart des joysticks petits offrent au maximum 2 degrés de liberté. De nombreux joysticks moyens sont disponibles en tant que joysticks à 3 axes. Cependant, il est possible d'implémenter beaucoup plus d'axes dans les joysticks grands. La plaque de tête de ces joysticks offre de la place pour des éléments de saisie supplémentaires, ce qui permet de réaliser les degrés de liberté correspondants.
Notre module SpaceMouse® constitue une exception dans la gamme : Ici, le bouton de commande peut être orienté dans les trois directions de l'espace - en outre, une inclinaison/rotation de chaque direction de l'espace est possible. Il en résulte un total de 6 degrés de liberté qui permettent une navigation et une commande directes et intuitives dans un espace tridimensionnel.
Configuration des axes - Sélection de la coulisse
La liberté de mouvement des axes principaux peut être limitée sur presque tous les modèles. Dans certains cas d'application, le deuxième axe doit être bloqué en cas de déviation du premier (coulisse "plus"). Dans d'autres cas, seule la déviation simultanée doit être possible dans une mesure réduite (coulisse ronde). La coulisse carrée offre une liberté de mouvement totale. Certains modèles de joysticks manuels offrent la possibilité de s'enclencher au milieu ou lors de la déviation. Voir à ce sujet la section "Propriétés de réinitialisation et haptiques".
La poignée - interface avec l'utilisateur
La configurabilité des poignées augmente avec la taille du modèle. Les joysticks petits offrent de nombreuses formes de boutons et quelques-unes ont déjà un bouton-poussoir.
Pour les joysticks moyens, la diversité augmente encore et plusieurs boutons-poussoirs sont déjà possibles.
Les joysticks grands offrent la plus grande variété d'options de boutons. Presque tous les modèles sont même adaptés à l'application du client. La configurabilité est généralement plus élevée que celle indiquée sur les fiches techniques. Contactez-nous pour obtenir la meilleure solution pour votre application !
Choix de la technologie des capteurs
Sans contact, potentiométrique ou par interrupteur ?
Aujourd'hui, deux technologies principales sont importantes pour les joysticks électriques industriels : Les capteurs à effet Hall et les capteurs potentiométriques.
La technologie de capteur à effet Hall est une technologie dans laquelle la détection sensorielle de la déviation se fait sans contact. L'avantage est qu'il n'y a pratiquement pas d'usure et donc pas de modification du comportement du capteur pendant toute la durée de fonctionnement. S'il n'y a pas de raisons particulières d'exclure cette technologie, comme par exemple de forts champs électromagnétiques parasites dans l'environnement de l'application, le choix se porte généralement sur les capteurs à effet Hall.
Les capteurs potentiométriques utilisent des éléments de curseur et de résistance pour la détection sensorielle. Seuls les potentiomètres de haute qualité, dits de précision, répondent aux exigences de qualité et de durée de vie. L'avantage de cette technologie réside dans son insensibilité aux champs parasites extérieurs. Les joysticks équipés de capteurs potentiométriques sont toujours utilisés, en particulier dans la technique médicale. Ici, les exigences en matière d'immunité aux rayons X, aux autres champs parasites et aux décharges électrostatiques sont très élevées.
Si les applications n'ont pas besoin d'un signal de sortie continu entre la déviation minimale et la déviation maximale, les switchsticks sont idéales. Celles-ci sont simplement équipées de commutateurs qui détectent la déviation du joystick. Grâce à leur conception simple et basique, les commutateurs sont très peu sensibles aux perturbations et aux influences parasites. Toutefois, le nombre de commutations est limité et se traduit généralement par une durée de vie plus courte. L'utilisation de switchsticks pour la commutation de courants élevés directement par le joystick constitue un cas particulier, qui doit sinon être réalisé avec un relais externe.
De manière générale, il convient de noter que la technologie des capteurs utilisée ne préjuge en rien de la qualité et de la durabilité de la mécanique du joystick. Ainsi, avec des composants low cost, il peut arriver que la mécanique tombe en panne bien avant les capteurs, raison pour laquelle il ne faut pas surestimer la technologie des capteurs. Dans les cas peu compliqués, nous recommandons les joysticks à effet Hall compacts, car ils sont aujourd'hui les plus faciles à intégrer et conviennent très bien à la plupart des applications. Les applications critiques en termes de sécurité requièrent souvent des modèles redondants, avec deux éléments de détection par axe. Presque tous nos modèles sont disponibles en option en version redondante.
Propriétés de rétractation et haptiques
En règle générale, l'application détermine si le joystick doit revenir à sa position initiale lorsqu'il n'est pas actionné (retour par ressort) ou si celui-ci doit rester dans sa dernière position dans une ou plusieurs directions de déviation (frein à friction, en option également par des positions d'arrêt). La plupart des modèles de joysticks modernes sont équipés d'un ressort central. Celui-ci réalise le retour du joystick à la position centrale pour les deux sens de déviation. La force du ressort peut être ajustée. Pour des raisons de construction, il n'est pas possible d'implémenter d'autres adaptations telles qu'un frein à friction supplémentaire. Si l'application exige un frein à friction ou des positions d'arrêt, il faut alors recourir à des modèles spéciaux dont la construction est certes plus grande et plus complexe, mais qui sont donc plus flexibles pour de telles adaptations.
Sorties/interfaces - analogiques ou numériques ?
Presque tous les modèles de joysticks offrent des sorties de tension analogiques dans la plage 0-5 V. Il s'agit généralement des versions de base des produits et, par conséquent, des versions les moins chères. Les potentiomètres étant des composants passifs, les joysticks équipés de potentiomètres ne proposent généralement que des sorties analogiques. Pour certains modèles, seules des variantes analogiques sont disponibles, ce qui est suffisant pour la plupart des applications. Les modèles modernes équipés de capteurs sans contact offrent en outre des interfaces numériques, comme la modulation de largeur d'impulsion (PWM), USB, RS232 (série) et des variantes en CAN Bus. Les interfaces proposées sont parfois très différentes et ne sont mentionnées que pour certaines séries. Il est donc judicieux de ne considérer que ces produits lorsque l'interface est définie.
Conseils et astuces
Câblage
Selon la technologie de capteur utilisée, l'électronique d'évaluation doit être conçue de manière très différente. Les joysticks à effet Hall utilisent des circuits intégrés comme éléments de détection, qui sont montés sur des circuits imprimés à l'intérieur du boîtier du joystick. Selon la conception du circuit imprimé, il faut donc respecter des paramètres de fonctionnement différents, qui sont indiqués sur la fiche technique. Cela vaut donc généralement aussi pour les systèmes de bus proposés. Sur les modèles potentiométriques avec sorties analogiques, les capteurs d'angle sont toutefois des composants passifs (potentiomètres en plastique conducteur) et les modèles ne sont généralement pas équipés d'une électronique de régulation. Les connexions mènent directement aux potentiomètres, qui doivent impérativement être utilisés en circuit diviseur de tension afin de ne pas endommager les capteurs. Veillez tout particulièrement à ce qu'aucun courant important ne passe par les sorties, car cela pourrait endommager les curseurs des potentiomètres.
Influences environnementales
Les vibrations, les surcharges mécaniques, la chaleur, les substances agressives, etc. peuvent compromettre la sécurité de fonctionnement des éléments d'entrée. La résistance varie fortement d'un modèle à l'autre et, en général, des prix plus élevés sont justifiés par une résistance plus importante ou, plus généralement, par des spécifications techniques plus élevées. En règle générale, les degrés de protection spécifiés sont indiqués au-dessus du panneau. Si l'on peut s'attendre à de l'humidité en dessous de l'étanchéité, il faut choisir des produits qui permettent une étanchéité optionnelle de l'électronique. Veuillez nous contacter si vous avez cette exigence. Les températures de fonctionnement spécifiées servent d'une part de valeurs de référence pour les propriétés de reprise élastique du mécanisme et pour les élastomères utilisés pour les étanchéités, mais aussi pour les composants électroniques. La plupart des joysticks fonctionnent également à des températures inférieures à celles indiquées dans la fiche technique. Nous déconseillons de faire fonctionner les joysticks en dehors de ces limites, en particulier pour les applications liées à la sécurité.
Montage
La plupart des modèles peuvent être installés dans un panneau par le haut. Typiquement, la base, le pot du joystick, est ronde et se fixe au moyen de quatre vis. Sur certains modèles, la poignée passe par l'encoche du panneau et peut donc également être installée par le bas dans le panneau. Selon le type de protection et le type général de construction, les caches du mécanisme (soufflet en caoutchouc) sont vissés de manière étanche avec un anneau de recouvrement ou des joints propres sont fournis pour assurer l'étanchéité dans le panneau.
Adaptation des produits
Chez MEGATRON, nous nous appuyons sur des décennies d'expérience en tant que partenaire de confiance pour les clients industriels et médicaux. Notre force réside dans la personnalisation de nos produits. L'adaptation optimale de nos joysticks à l'application est particulièrement demandée pour les petites et moyennes quantités, car il s'agit souvent de marchés de niche. Les joysticks offrent une multitude de possibilités d'adaptation. Selon la caractéristique à modifier, ces adaptations peuvent déjà être réalisées pour de petites quantités. N'hésitez pas à nous contacter et à nous décrire votre demande - nous trouverons la meilleure solution pour votre application !
Les joysticks industriels modernes sont généralement des systèmes modulaires. Cela permet d'adapter le joystick à l'application à un coût relativement faible, car les différents composants peuvent être facilement remplacés lors de l'assemblage. La disponibilité des composants dépend des besoins du marché et définit ce qui constitue une variante standard ou spéciale. Grâce au système modulaire, les dépenses pour les fabrications spéciales spécifiques aux clients restent dans des limites raisonnables, car seuls certains modules doivent être adaptés ou reconstruits. Le système modulaire et les joysticks à multiples variantes ont un point commun : en raison de la multitude d'options, il est pratiquement impossible de représenter chaque possibilité de combinaison électrique et mécanique, voire de la stocker en tant qu'article physique. En effet, le nombre total de tous les produits pouvant être créés par la clé de commande résulte de manière multiplicative des possibilités de choix pour chaque module du système modulaire. En particulier pour les séries de produits très adaptables avec de nombreuses options, la diversité des articles s'élève à plusieurs centaines, voire milliers de variantes, qui résultent de la combinatoire de la clé de commande. C'est pourquoi, pour certaines séries, nous avons mis en évidence dans la fiche technique les options de produits qui sont très bien acceptées sur le marché et les avons déclarées standard.
Les options de sélection des caractéristiques du joystick sont des adaptations électriques ou mécaniques. Nous réalisons en outre des adaptations de produits qui vont au-delà des options de la clé de commande et citons d'autres possibilités à titre d'exemple. Nous nous distinguons justement par notre capacité à optimiser l'offre en fonction des exigences de l'application. Pour cela, il faut connaître au mieux l'application et le domaine d'utilisation. Ce n'est qu'ainsi que nous pouvons analyser les possibilités techniques et la mise en œuvre économique du produit que vous nous demandez, tout en examinant l'ensemble de notre portefeuille de produits. Dans le cadre de nos conseils, nous déterminons le meilleur produit en fonction de vos exigences d'application et proposons éventuellement des produits alternatifs s'ils présentent des avantages économiques et techniques pour vous.
Optimisations mécaniques et électriques
Confectionner des câbles et des connecteurs
Économisez du temps et des efforts en recevant votre produit déjà pré-confectionné et adapté à votre application. Veuillez nous indiquer les exigences concernant les conditions environnementales et la situation de montage - nous nous chargeons sur demande de l'élaboration de la documentation technique, de l'approvisionnement opérationnel et de la mise en œuvre pour la confection de câbles et de connecteurs pour l'article proposé.
Optimisation de la forme de la poignée
Pour optimiser la sensation d'utilisation, un large choix de variantes de poignée est disponible pour un grand nombre de séries de joysticks en fonction de votre application. Mais nous réalisons également une adaptation de la forme de la poignée selon les souhaits du client. Sur demande, nous élaborons des propositions de design et nous procurons tous les composants nécessaires pour réaliser le produit idéal pour votre application.
Adaptation de la programmation
Les joysticks à effet Hall et les modèles équipés d'un système de détection optique, en particulier, utilisent des blocs programmables modernes qui permettent d'adapter le comportement du signal du joystick à l'application : par exemple, le comportement de réponse en cas de déviation par rapport à la position centrale (zone morte, voir illustration ci-contre) ou la modification de l'amplitude du signal à la sortie. Nous analysons pour vous les conditions techniques dans lesquelles une programmation spéciale en série est possible et réalisons des prototypes pour votre application. Selon les possibilités, les joysticks sont reprogrammés pendant la ligne de production ou séparément avec des moyens de production créés à cet effet.
Adaptation de la couleur et de la forme
En tant qu'élément de commande, l'interface Joystick se trouve très souvent dans le champ visuel central de l'application. C'est pourquoi la valeur de reconnaissance est très importante. Nous nous chargeons du design d'entreprise correspondant selon vos indications. L'imprimante 3D permet de réaliser rapidement des prototypes imprimés pour l'échantillonnage et de trouver ainsi la forme idéale en relativement peu de temps. Si le nombre de pièces est suffisant, le design est réalisé à moindre coût par moulage par injection.
Adaptation de l'haptique et de la sensation d'utilisation
La sensation de l'utilisateur dans l'application est influencée de manière déterminante par la forme et le matériau du pommeau, mais aussi et surtout par la force nécessaire pour le dévier. Une force de rappel élevée peut par exemple entraîner une fatigue plus rapide de l'opérateur qu'une force de rappel faible. Toutefois, une force de rappel relativement élevée favorise généralement un pilotage précis de la machine. Comme toujours, cela dépend des exigences de l'application et si le type de construction du joystick permet d'adapter le ressort, il s'agit d'un effort gérable. Contactez-nous pour connaître les possibilités offertes par le modèle de joystick que vous préférez.
Adaptation des fonctions
Une autre adaptation fréquente est l'ajout optimal de fonctions supplémentaires dans la poignée des joysticks. De nombreux joysticks offrent déjà un large choix. Et en principe, le nombre d'éléments à loger est limité par l'espace disponible dans la poignée et le nombre de câbles électriques à faire passer dans la base. Nous étudions avec vous les possibilités en fonction de vos exigences et réalisons si nécessaire des constructions spécifiques au client afin de réaliser au mieux les fonctions de commande requises.
Joysticks petits pour les appareils portables ou l'intégration au panneau, joysticks moyens pour les tâches de commande délicates, joysticks grands pour l'utilisation dans les environnements les plus difficiles et joysticks dans des boîtiers de table ergonomiques avec boutons-poussoirs intégrés pour des fonctions supplémentaires. Nous répondons ainsi aux multiples souhaits de nos clients tout en répondant à leurs exigences individuelles grâce au développement, à la fabrication et à l'assurance qualité internes et en proposant des solutions personnalisées.
Les joysticks proposés par MEGATRON utilisent des capteurs à effet Hall modernes sans contact ou des potentiomètres de haute qualité. Nos joysticks industriels se distinguent en particulier par des composants et une conception de haute qualité, qui garantissent un fonctionnement durable et sans problème. En raison du large éventail d'applications possibles et de leurs exigences variées en matière de joysticks, MEGATRON propose des solutions adaptées à chaque besoin.
Les joysticks jouent un rôle central en tant que périphériques d'entrée dans les concepts de commande à l'interface homme-machine. Ils sont utilisés dans de nombreuses applications industrielles, telles que la robotique, les grues, les machines agricoles et forestières, les engins de construction, la technique médicale, ainsi que pour la commande de machines mobiles et de lignes de production industrielles. En raison des conditions environnementales souvent difficiles, un joystick industriel doit présenter des caractéristiques de robustesse et de longue durée de vie afin de minimiser les pannes.